調整磁體產生的磁場的設備和方法

專利名稱：調整磁體產生的磁場的設備和方法
技術領域：
本發明涉及用于改進由在磁共振成像(MRI)系統中所利用的磁體裝置產生的磁場的均勻性的設備和改進由在磁共振成像(MRI)系統中所利用的磁體裝置產生的磁場的均勻性的方法，并且雖然不是專有地，本發明仍特別是涉及用于開放式磁體MRI系統的這種設備和方法。本發明也包括提供被并入這種設備中和在這種方法中所利用的墊片。
背景技術：
眾所周知的是，為了在MRI系統的視場(FOV)上實現所采用的強大磁場需要的高度場均勻性，需要采用校正措施，因為如由磁體所產生的場趨于在不可接受的程度上不均勻。
常見和有效的校正措施包括測量場特性，以顯示該場的空間均勻性的程度；在規定的程度上校正不均勻性所必需的場畸變的計算；以及在相對于磁體結構和MRI系統的FOV的便利位置處，提供具有不同的鐵磁特性的單片鐵磁材料(諸如鋼板或鐵皮)的分布陣列，以便提供所需的場畸變。這些成片的鐵磁材料被稱為“墊片”，并且這些成片的鐵磁材料的不同的鐵磁特性可以例如由使用厚度變化的墊片引起。在任何情況下，選擇具有用于實現期望的空間場畸變的適當的鐵磁特性的墊片，并將這種墊片放置，以便在某種意義上使所產生的磁場變形，從而改進跨越FOV的磁場的均勻性；校正過程作為整體被稱為“調整”。
通常在實踐中，如上面所述地那樣(并且根據期望的校正過程)選擇的墊片被放置在盤中的相應凹處內，該盤被稱為“墊片盤”，該盤滑入接收槽，直至如所期望的那樣被定位，并且在相應接收槽中通常配置若干個盤，以便圍繞FOR。例如在WO 2005/114242 A2中公開了這種裝置，該專利申請引起讀者的注意，并且在此將該專利申請的公開內容并入作為參考。
調整過程遇到的通常的困難是確保將具有合適的鐵磁特性的墊片裝載到墊片盤中的合適的凹處位置中，并且本發明的一個目標是減小或消除這種困難。
然而，本發明的主要目標是解決在開放式磁體MRI系統中是特別有問題的困難，該開放式磁體MRI系統與在前面提到的國際專利申請中所描述的種類的MRI系統中所利用的閉合的、螺線管磁體系統相反。在這方面中，閉合磁體系統為墊片盤提供相對直接的接入接收槽，因為可以方便地布置接收槽，并且使這些接收槽出現在MRI系統的前部或后部。在圖1中示意性地示出這種系統，其中超導磁體和低溫恒溫器組件1圍繞一組梯度線圈2，并且在3處示出墊片盤的位置。
然而，在利用開放式磁體結構的MRI系統中實現這種調整過程中出現特定的困難，其中所使用的磁體是非螺線管形的并且具有基本上平坦的極片。圖2、3和4以橫截面圖并且以總平面圖示出了各種開放式磁體系統。特別地，圖2示意性示出利用“C”磁體的系統11，該系統具有電阻性線圈裝置12作為場發生器；在3a處示出墊片盤位置。
圖3示出了一種系統，其中通過永磁材料的圓盤13產生場，如在3b處示出的那樣布置墊片盤，而圖4示出了一種系統，其中通過諸如被支撐在適當的線圈架上的14的超導線圈產生磁場；在3c處示出墊片盤位置。
所有這些開放式磁體系統利用所謂的“玫瑰環(Rose Ring)”15，或者用以控制磁體系統的外圍處的場均勻性的可替換特征，環或特征禁止(或至少提供困難和消耗時間)徑向接入墊片盤3a、3b或3c。
在系統的梯度線圈與相應的極面之間通常定位墊片盤3a、3b、3c，所以開放式磁體MRI系統中的調整過程需要去除梯度線圈組；該梯度線圈組的顯著重量產生處理困難，并且此外需要采取額外措施來確保能實現梯度線圈的準確和可重復重新定位。
在圖5中示出穿過典型的平面梯度線圈組的橫截面。梯度線圈由所謂的初級線圈組51組成，該初級線圈組51包括一個X方向梯度線圈組、一個Y方向梯度線圈和一個Z方向梯度線圈組。這個初級梯度線圈組的雜散場將與極面或低溫恒溫器中的傳導表面交互作用。為了限制這些場，可以針對X方向、Y方向或Z方向中的一些方向或所有方向包括所謂的次級梯度線圈組52，該次級梯度線圈組52包括針對具有最混亂的(perturbing)初級梯度線圈的梯度線圈的至少次級線圈組。優選地，為了限制相對運動和便于裝配，初級和次級梯度線圈組51、52被浸漬和密封在樹脂密封劑53內。
在初級與次級梯度線圈之間需要某個空間54，以便使被屏蔽的梯度線圈在可接受的功率電平處工作，因為除非提供足夠的空間，線圈開始以高耗散為代價而相互競爭功率。在線圈浸漬過程期間，這個空間通常充滿固態密封劑的區域。
在被密封的梯度線圈的FOV側上通常設置墊片組55，其中在墊片組的FOV側上放置相對應的RF線圈56。在FOV的方向上，在玫瑰環15之外通常放置墊片組和RF線圈，以允許接入墊片組。雖然在功能上優選地在初級與次級梯度線圈組之間的空間54內定位墊片組，但是這通常不能完成，因為為了進行調整而接入墊片組會要求機械移動玫瑰環和至少初級梯度線圈。

發明內容
因此，本發明的目標是提供解決了上述困難的用于調整開放式磁體磁共振成像(MRI)系統的設備和方法，并且另一目標是提供用于該設備和方法中的墊片，以及利用這種墊片的MRI系統。
根據本發明，一方面提供用于調整由MRI系統的磁體裝置所產生的磁場的設備，該設備包括截面尺寸基本上類似的多個墊片裝置；一些至少所述墊片裝置展示不同的鐵磁特性，被確定截面尺寸的細長的、管狀通道，以便以預定順序連續接收所述墊片裝置，從而相對于所述磁場提供所述鐵磁特性的所要求的分布；所述通道具有足以以所述預定順序連續容納所述墊片裝置的長度。該設備進一步包括用于以所述預定順序連續地將所述墊片裝置插入所述接收通道的裝置，所述裝置包括在壓力下朝向入口將流體(或者氣體或者液體)引導到所述接收通道的推動裝置；以及用于以所述預定順序在所述入口處連續呈現所述墊片裝置的裝置，從而所述流體壓力連續將所述墊片裝置用力推入所述通道。
在特別優選的設備中，提供用于在所述入口處以所述預定順序自動呈現所述墊片裝置的裝置。
磁共振成像(MRI)系統有利地可以是開放式磁體磁共振成像(MRI)系統。
管狀接收通道可以被確定截面尺寸，以便接收任何預定形狀的墊片裝置，諸如接收球形、圓柱形、矩形、三角形或六邊形的墊片裝置。
優選地，墊片裝置包括所選尺寸的相應鐵磁芯部分，每個部分單獨被密封在非磁性和非導電性外殼中。這樣，各個墊片裝置一旦被連續地裝載到接收通道中，就能在那里通過相鄰外殼之間的接觸可靠地被保持在適當的位置。如果期望，則可以使用稍微較大尺寸的端部墊片裝置，以便緊密封閉接收通道的端部。可替換地，能利用適當形狀的閉合，優選地利用并入的彈性墊(或者其他適當的彈性裝置)，以便將端壓施加到所裝配的墊片裝置。
由于如被密封的各個墊片裝置趨于困難地關于其鐵磁特性而彼此區別，所以優選的是，這些裝置關于被并入其中的鐵磁材料的尺寸和/或其他鐵磁特性而承擔視覺指示。例如通過彩色編碼(例如可使用與被用來指示電阻器的值的類似種類的有色環)、通過數值和/或字母指示符、通過表面處理、通過條形編碼或以任何其他方便的方式，可以提供這種視覺指示。如果期望，則可以使用這些指示的組合。
如果期望，則可以在單個接收通道中利用形成不同形狀的墊片裝置的混合物；例如球形裝置可以與類似半徑的圓柱形裝置混合，并且圓柱形裝置可以具有常見長度或長度的陣列。這種成形可被用作識別系統的部分或全部，以幫助區分不同鐵磁特性的墊片裝置。
接收通道可被設置為獨立的實體，在安裝到MRI磁體系統之前或之后，可以將墊片裝置裝載到這些實體中。可替換地，通道可以包括在磁體系統或其密封劑內被模壓或以其他方式產生的通路，并將墊片裝置裝載到這些通路中。
不管接收通道是獨立的實體還是在原處被形成，這些接收通道可以是直的，或者這些接收通道可以在一個或多個平面中彎曲，以便提供延伸的包圍。
墊片裝置被布置得更靠近FOV，墊片盤的有效性快速增加。對于諸如在圖4中所示出的那些磁體，這是特別重要的，這些磁體趨于利用高有心力場，該高有心力場通常超過0.6T。在這種情況下，期望使墊片盤盡可能靠近FOV。然而，在當前的結構中，梯度線圈占據距FOV最近的空間，因為應盡可能遠離傳導表面(諸如極尖)地定位梯度線圈。


為了清楚地理解本發明，并且容易實現本發明，參照附圖，僅舉例說明，現在描述本發明的一個實施例，其中圖1示意性地示出其中超導磁體和低溫恒溫器組件1圍繞一組梯度線圈2的系統；圖2示意性示出利用“C”磁體的系統11；圖3示出了一種系統，其中通過永磁材料的圓盤13產生場；圖4示出了一種系統，其中通過諸如被支撐在適當的線圈架上的14的超導線圈產生磁場；圖5示出了典型的梯度線圈布局并且圖解說明了在此針對本發明的墊片裝置的接收通道的位置；圖6A和6B示出了根據本發明的實施例的接收通道的裝置和用于形成該接收通道的方法；圖7以部分剖視圖示出了用于根據本發明的一個實施例的設備中的墊片裝置的一個例子；圖8示出了用于根據本發明的實施例的設備中的墊片裝置的另一個例子；圖9示出了用于根據本發明的另一實施例的設備中的墊片裝置的又一例子；以及圖10示出了梯度線圈布局，并且圖解說明了在此針對本發明的墊片裝置的接收通道的位置，以及用于將墊片裝置引入接收通道的墊片提供裝置的裝置。
具體實施例方式
下面將在開放式磁體磁共振成像(MRI)系統的環境中描述本發明，并且可以理解的是，這種系統中的梯度線圈組件在形狀上通常是平面的。在圖5中示出穿過典型的平面梯度線圈組的橫截面。
如較早討論的那樣，梯度線圈由所謂的初級線圈組51組成，該初級線圈組51包括一個X方向梯度線圈組、一個Y方向梯度線圈組和一個Z方向梯度線圈組。該初級梯度線圈組的雜散場將與極面或低溫恒溫器中的傳導表面進行交互作用。為了限制這些場，可以針對X方向、Y方向或Z方向中的一些方向或所有方向包括所謂的次級梯度線圈組52，該次級梯度線圈組52包括針對具有最混亂的初級梯度線圈的梯度線圈的至少次級線圈組。優選地，為了限制相對運動和便于裝配，初級和次級梯度線圈組51、52被浸漬和密封在樹脂密封劑53內。
在初級與次級梯度線圈之間需要某個空間54，以使被屏蔽的梯度線圈在可接受的功率電平處工作，因為除非提供充分的空間，否則線圈開始以高耗散為代價而相互競爭功率。在線圈浸漬過程期間，該空間通常充滿固態密封劑的區域。
在本發明的優選實施例中，為了將調整裝置插入初級梯度線圈與次級梯度線圈之間的空間54中而設置通道。優選地，在磁體組件的結構內形成調整裝置的接收通道。該接收通道具有稍微大于要被插入到其中的墊片裝置的直徑的截面直徑，如下所述。
在圖6A和6B中示出的例子實施例中，在填滿空間54的密封劑53內可以形成針對墊片裝置的接收通道61。如圖6A中所示，可以S形曲線形狀在梯度線圈的區域周圍分段重復地布置這種接收通道61。接收通道的多種可替換結構當然是可能的，諸如螺旋結構、直徑向結構或直的或彎曲的、平行的接收通道裝置。
如圖6B中所示，在形成適當形狀的模具中，通過獨立密封初級梯度線圈和次級梯度線圈可以方便地形成接收通道。獨立的密封線圈然后可被結合在一起，以便限定接收通道。可替換地，當線圈被浸漬和密封時，諸如石蠟的形成適當形狀的成片的犧牲不穩定的材料(sacrificial fugitive material)可被包括在空間54內。當完成密封時，將合成結構加熱到不穩定材料的熔點之上，該不穩定材料排出，以便留下期望結構的接收通道。
對于合適結構的接收通道，能通過機壓過程在密封劑的實體塊中產生這些接收通道。
然而在例如其中不能產生具有足夠精度的通道的環境中，墊片裝置可被預先裝載到非鐵磁材料的細長的、管狀封套中，并且整個組件被推進磁體系統中的地方。
至于墊片裝置自身的特性，第一和優選實施例提供鐵磁球形式的墊片裝置20，諸如如圖7中所示的涂覆有絕緣體22的滾珠軸承21，該圖7示出具有出于說明目的而部分去除地被示出的絕緣體22的球形的絕緣墊片裝置。根據本發明的一方面，諸如20的墊片被插入一個或多個細長的、管狀的、接收通道，該接收通道優選地位于初級與次級線圈組之間，如上所述。
管狀接收通道具有稍微大于諸如20的絕緣墊片裝置的直徑的截面直徑。接收通道的入口具有等于或大于通道的通常截面直徑的直徑。通道的另一端可以是‘盲的(blind)’(也就是完全被封閉)，或者該另一端可以配備有對周圍空氣的開口；通道的開口具有小于諸如20的墊片裝置的直徑的直徑。通道也可以是直通通道，該通道開放來在兩端接收調整裝置。這種裝置可以特別適用于被形成為平行的直通道的接收通道。
墊片接收通道的入口可以穿過玫瑰環和/或與墊片接收通道的主體成90度。這允許通道入口被放置在其中沒有導體的位置處的梯度線圈的面中。
根據MRI磁體系統的整體結構，一個或多個接收通道具有一個或多個彎曲，從而使得該接收通道在一個或多個平面中彎曲。此外，任何給出的墊片體積可以并入一個或多個墊片接收通道。
圖10圖解說明了本發明的實施例中的接收通道61的可能裝置。如果通過本發明設置墊片，則這種裝置的優點是可以被布置在玫瑰環內的兩個梯度線圈之間的平面中，而不需要機械去除任何設備。墊片裝置可如需要的那樣簡單地被驅動到通道中，以便逐漸靜止在相應需要的位置處。在將墊片裝置20引入接收通道61的過程中，在65處示意性地示出墊片裝置提供裝置。
諸如20的墊片裝置可以展示一系列不同的鐵磁特性(例如強度)，這尤其是取決于內部鐵磁球21的直徑和/或材料。鐵磁球的直徑可以是零，在這種情況下，墊片裝置構成純絕緣體，從而在自身中不提供調整效應，而是能將其他墊片裝置正確定位在接收通道內。
根據上述內容應理解，調整過程由以下步驟組成1)場映射步驟；2)其中計算墊片材料的所要求的分布的過程；以及3)在通過前兩個步驟確定的預定分布中插入墊片材料。在一些情況下，上面的步驟1)、2)和3)需要被重復一次或多次，以便迭代地逼近滿足所有要求的均勻性校正設置。
在優選實施例中，通過連續地將諸如20的球狀墊片裝置推入接收通道，并且以預定的順序，借助壓力下的壓縮空氣或一些其他適當的流體，墊片裝置可被插入接收通道。在這種裝置中，以與上面概括的過程的步驟2)中所計算的材料的所要求的分布一致的預先選擇的順序，在通道的入口處連續地呈現球狀裝置20，并且利用壓縮空氣源的噴嘴來將裝置20吹入通道中。每個球狀裝置20將移動，直至該球狀裝置20到達通道的末端，或直至該球狀裝置20擊中所插入的前一墊片裝置。這(和墊片接收通道的邊界)準確地限制了墊片布局的位置。
在另一實施例中，通過在保持管中以正確的、預定的順序布置諸如20的球狀墊片裝置的陣列能加速裝載過程。在墊片接收通道的入口處放置該保持管的一個開口，并將壓縮空氣(或其他流體)或機械壓力施加到保持管的另一端，以致將球狀墊片裝置20的整個序列從保持管轉移到墊片接收通道中。
在另一實施例中，借助由多個料斗組成的設備來實施將墊片裝置裝載到墊片接收通道中，每個料斗充滿具有相應常見鐵電特性、計算機控制的開關和壓縮空氣源的球狀墊片裝置。當被激勵時，該設備以正確的順序將適當鐵電特性的球狀墊片裝置釋放到墊片接收通道中。基于實測原圖的結果，通過計算機計算裝載的順序。這具有重要的優點不需要手動處理墊片，因此避免了對開放式磁體和封閉式磁體的磁共振成像(MRI)系統通用的當前墊片裝載程序中的常見誤差源。
以健康和安全規定為依據，當然能取代壓縮空氣而使用任何其他壓縮氣體，以將墊片裝置推進墊片接收通道中。可替換地，倘若能夠建立適當的流體流動電路，則例如通過將距離插入點最遠的墊片接收通道的端部耦合到較低壓的貯液器可以使用某些液體。
在另一實施例中，諸如在圖8中的23處示出的墊片裝置能由被圓柱形絕緣體25包圍的圓柱形鐵磁調整芯24組成或包括被圓柱形絕緣體25包圍的圓柱形鐵磁調整芯24。如果管狀、墊片接收通道的截面是圓形的，具有稍微大于圓柱形墊片23的外部直徑的內部直徑，則這種墊片能僅被插入相對直的通道，而沒有明顯的彎曲。
墊片接收通道可被給出矩形截面，在這種情況下，90度的彎曲是可能的。可以軸向地呈現這些墊片，一個圓形端部首先進入圓形截面的接收通道。可替換地。可以徑向地呈現這些墊片，以便沿著矩形截面的接收通道滾動。
這些墊片能可替換地或另外具有如在圖9中的26處示出的棱柱形狀。
可以理解，鐵磁調整芯的形狀不需要對應于整個墊片裝置的形狀。因此，球狀芯可例如被密封到圓柱形外殼內，或反之亦然。此外，在展示一系列鐵電特性的墊片裝置中，可以是僅包括鐵磁芯的至少一個裝置，也就是不具有密封外殼的至少一個裝置。
在通過本發明所展示的優點中有對于其中限制接入的墊片材料的插入的能力；以及與完全自動調整過程的兼容性。本發明進一步允許使用初級平面梯度線圈51與次級平面梯度線圈52之間的空間54，因此實現比現有技術的情況更接近FOV地來定位的墊片。本發明另外允許能在以非平面方式彎曲的通道中進行調整。
權利要求
1.用于調整由磁共振成像(MRI)系統的磁體裝置所產生的磁場的設備，該設備包括截面尺寸基本上類似的多個墊片裝置(20)；一些至少所述墊片裝置展示不同的鐵磁特性，細長的、管狀通道(61)被確定截面尺寸，以便以預定順序連續接收所述墊片裝置，從而提供相對于所述磁場的所述鐵磁特性的所要求的分布；所述通道具有足以以所述預定順序連續容納所述墊片裝置的長度，其中，該設備進一步包括用于以所述預定順序將所述墊片裝置連續插入所述接收通道的裝置，所述裝置包括在壓力下朝向入口將流體引導到所述接收通道的推動裝置，以及該設備進一步包括用于以所述預定順序在所述入口處連續呈現所述墊片裝置的裝置，從而使所述流體壓力將所述墊片裝置連續推入所述通道。
2.根據權利要求1所述的設備，進一步包括用于在所述入口處以所述預定順序自動呈現所述墊片裝置的裝置。
3.根據任一前述權利要求所述的設備，其中，所述磁共振成像(MRI)系統包括開放式磁體磁共振成像(MRI)系統。
4.根據任一前述權利要求所述的設備，其中，至少一個所述墊片裝置包括所選尺寸的相應鐵磁芯部分(21)，所述鐵磁芯部分(21)單獨地被密封在非磁性和非導電性外殼(22)中。
5.根據任一前述權利要求所述的設備，其中，所述序列的最后墊片裝置具有比所述裝置中的其他裝置的尺寸大的尺寸并被配置來封閉所述接收通道的端部。
6.根據權利要求1至5中的任何一個所述的設備，進一步包括針對所述通道的封閉裝置；所述封閉裝置能夠將彈性端壓施加到所裝配的墊片裝置。
7.根據任一前述權利要求所述的設備，其中，所述墊片裝置承擔表示被并入其中的鐵磁材料的至少一個鐵磁特性的視覺指示。
8.根據權利要求7所述的設備，其中，所述視覺指示包括從包括彩色編碼、數值和/或字母指示符、表面處理和條形編碼的組中所選擇的一個或多個指示。
9.根據任一前述權利要求所述的設備，其中，多個不同形狀的墊片裝置被插入公共接收通道中。
10.根據任一前述權利要求所述的設備，其中，至少一個接收通道包括在所述MRI磁體系統的磁體裝置內被模壓或以其他方式產生的通路。
11.根據任一前述權利要求所述的設備，其中，至少一個接收通道被構造為一體，與MRI磁體系統分離，或者在安裝到所述MRI磁體系統的磁體裝置之前或之后，所述墊片裝置被裝載到該通道中。
12.根據任一前述權利要求所述的設備，其中，至少一個接收通道被配置來在一個或多個平面中彎曲。
13.用于調整由磁共振成像(MRI)系統的磁體裝置所產生的磁場的設備，所述設備基本上如在此參考附圖中的圖5至10所述的那樣或如由此在附圖中的圖5至10中所示的那樣。
14.調整由磁共振成像(MRI)系統的磁體裝置所產生的磁場的方法，所述方法包括-提供截面尺寸基本上類似的多個墊片裝置(20)；一些至少所述墊片裝置展示不同的鐵磁特性，-提供被確定截面尺寸的細長的、管狀通道(61)，以便連續接收所述墊片裝置；以及-以預定順序將所述墊片裝置連續地插入所述通道，以便相對于所述磁場提供所述鐵磁特性的所要求的分布，其中，通過以下其他步驟實現將所述墊片裝置連續插入所述接收通道中的所述步驟-在壓力下朝向入口將流體引導到所述接收通道，以及-以所述預定順序在所述入口處連續呈現所述墊片裝置，以便在所述被加壓流體的影響下推進所述通道中。
15.根據權利要求14所述的方法，進一步包括在所述入口處以所述預定順序自動呈現所述墊片裝置的步驟。
16.根據權利要求14或權利要求15所述的方法，進一步包括在所述磁共振成像(MRI)系統的所述磁體裝置中形成所述接收通道的步驟。
17.并入根據權利要求1至13中的任何一個所述的設備的MRI系統。
18.MRI系統，通過根據權利要求14和15中的任何一個所述的方法來調整所述MRI系統的磁場。
全文摘要
用于調整由磁共振成像(MRI)系統的磁體裝置所產生的磁場的設備，該設備包括截面尺寸基本上類似的多個墊片裝置；一些至少所述墊片裝置展示不同的鐵磁特性，細長的、管狀通道被確定截面尺寸，以便以預定順序連續接收所述墊片裝置，從而相對于所述磁場提供所述鐵磁特性的所要求的分布；所述通道具有足以以所述預定順序連續容納所述墊片裝置的長度。
文檔編號G01R33/28GK101063711SQ20071008818
公開日2007年10月31日 申請日期2007年3月20日 優先權日2006年3月21日
發明者S·P·費爾塔姆, M·霍布斯, M·J·M·K·克瑞普 申請人:西門子磁體技術有限公司